四面体网格蒙特卡罗法在皮肤组织光传播模拟中的应用

"该文研究了模拟皮肤组织中光传播的一种非结构化网格蒙特卡罗法，重点探讨了基于四面体网格的TMC方法，对比了与几何蒙特卡罗(GMC)和基于结构化网格的蒙特卡罗(VMC)的差异和优势。TMC方法在保持计算精度的同时，具有更好的灵活性，尤其适用于处理复杂几何界面。" 在光学和生物医学领域，光在皮肤组织中的传播是理解和设计医疗光学设备、光疗以及皮肤疾病诊断的关键问题。蒙特卡罗方法（MC）作为一种统计模拟技术，被广泛应用于此类问题的研究。该方法通过随机模拟光子的运动路径来估算光在复杂介质中的行为。 本文提出的四面体网格蒙特卡罗（TMC）方法，是为了解决传统蒙特卡罗方法在处理复杂几何形状时遇到的问题。在TMC中，组织被分割成边界适应性良好的四面体单元，这种网格结构能够更好地适应皮肤组织内部的不规则界面。为了减少数值耗散导致的能量沉积错误，引入了距离阈值的概念，确保光子的运动轨迹更准确地反映实际物理过程。 GMC是另一种常用的蒙特卡罗方法，它通过精确的数学定义来处理组织界面，从而获得最高的精度，但其局限在于无法有效地处理复杂的几何形状。相比之下，VMC方法实现简单，但由于对曲折表面进行离散处理，可能会产生显著的误差。 通过对含有单一血管的两层皮肤模型进行计算，TMC方法展现出了其优越性。TMC在复杂界面区域的误差远低于VMC，只有VMC的10%到25%，这表明TMC在处理皮肤组织这样的复杂结构时，具有更高的空间适应性和准确性。因此，TMC方法被认为是理想的选择，特别适合于需要精确模拟边界区域的离散化问题。 关键词：医用光学，光传播，蒙特卡罗法，四面体网格，皮肤组织。该研究对于优化光在皮肤组织中的传输模型，提高医疗光学设备的性能，以及改进皮肤病诊断和治疗手段具有重要意义。通过采用TMC方法，科学家们能够更准确地预测光在人体组织内的行为，从而推动医疗光学技术的发展。